автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Организация производства деталей опорно-поворотных устройств из титановых сплавов на предприятиях радиоэлектронной промышленности

На правах рукописи

Малышев Андрей Валентинович

ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛЕЙ ОПОРНО-ПОВОРОТНЫХ УСТРОЙСТВ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Специальность 05.02.22 - Организация производства (в области радиоэлектроники)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ииа4Б8144

Москва - 2009

003468144

Работа выполнена на кафедре «Экономика и организация произведет! Калужского филиала государственного образовательного учрежден высшего профессионального образования «Московский государствен!) технический университет им. Н. Э. Баумана».

Научный руководитель:

кандидат технических наук, Садковская И

доцент

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Есаулов Н.

кандидат технических наук, Бычков Н.

доцент

Ведущая организация ФГУП «Научно-производственш

центр автоматики и приборостроен им. Академика Н.А. Пилюгии;

филиал «Сосенск приборостроительный заво

Защита состоится » 2009 г. в часов

заседании диссертационного совета Д 212.131.04 в Московск государственном институте радиотехники, электроники и автомати (техническом университете) по адресу: 119454, Москва, проспе Вернадского, д. 78.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московско государственного института радиотехники, электроники и автомати (технического университета).

Автореферат разослан ¿>У2№ г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

муруев С.Н

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Современные автоматически действующие радиолокационные системы применяются в различных отраслях народного хозяйства. Главные достоинства радиолокационных систем определяются следующими критериями: скоростью и точностью получения информации, надёжностью работы технологических блоков системы, мобильностью, полной автоматизацией работы системы на основе применения современной цифровой и вычислительной техники, технической простотой применяемых конструктивных решений и т.д.

Опыт предприятий радиоэлектронной промышленности, работающих над созданием радиолокационных систем и обзор литературных источников выделяет одну из задач, подлежащих решению - производство опорно-поворотных устройств (ОПУ), являющихся одним из важнейших конструктивных элементов радиолокационных установок различных типов.

Основной трудностью при производстве ОПУ радиолокационных систем является изготовление поворотной платформы и фланцев разных типоразмеров, являющихся кольцевыми деталями из титановых сплавов. Изготовление таких деталей сопряжено с низкой производительностью процесса обработки.

Для решения этой проблемы необходимо применение оборудования позволяющего использовать оптимальные кинематические схемы обработки для эффективного процесса организации производства.

Технико-экономические показатели работы предприятий радиоэлектронной промышленности в значительной мере зависят от эффективности работы технологического оборудования, надёжности всех элементов технологической системы и в целом организации производства. Практика организации производства показывает, что инструмент является наименее надёжным элементом производственного процесса. Рассеивание стойкости инструмента, непредвиденные отказы приводят к снижению производительности труда, возникновению брака, повышенному расходу режущего инструмента, снижению стабильности процесса обработки.

Актуальным вопросом внедрения инноваций при создании ОПУ является организация производства деталей из труднообрабатываемых материалов с применением современных методов организации производства. Это связано с возможностью резкого сокращения длительности и трудоемкости обработки кольцевых деталей для ОПУ. При новой системе организации производства необходимо учитывать поставленные в данной работе задачи.

Цели и задачи исследования.

Целью данной работы является организация производства деталей ОПУ радиолокационных систем из титановых сплавов на обрабатывающих центрах с полным циклом механической обработки.

Для достижения указанной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

- изучить и классифицировать заготовки кольцевых деталей из титановых сплавов, использующихся для изготовления опорно-поворотных устройств радиолокационных систем на предприятиях радиоэлектронной промышленности;

- исследовать процесс обработки, подобрать методики и технические средства, для улучшения организации процессов производства с условием интенсификации обработки выбранного класса деталей опорно-поворотных устройств радиолокационных систем;

- выявить причины выхода из строя обрабатывающего инструмента при осуществлении черновой обработки кольцевых деталей опорно-поворотных устройств радиолокационных систем;

- по результатам проведённых экспериментов предложить новый алгоритм процесса обработки кольцевых деталей из титановых сплавов на предприятиях радиоэлектронной промышленности;

- разработать промышленно-инновационную систему организации производства опорно-поворотных устройств радиолокационных систем с обеспечением показателей эксплуатационной надёжности и сокращением времени обработки.

Методы исследования.

Для решения поставленных задач были использованы: экспериментальные методы, методы вариантных испытаний, расчётные методы, методы математического моделирования и системного анализа, метод математической статистики.

Научная новизна.

1. Установлены закономерности выбора лезвийного инструмента при обработке заготовок из титановых сплавов для опорно-поворотных устройств радиолокационных систем.

2. Определена связь между параметрами режимов резания и стойкостью инструмента при обработке деталей опорно-поворотных устройств радиолокационных систем.

3. Установлено, что при применении новой организации производства с использованием полученных расчётных и экспериментальных данных, происходит существенная интенсификация процесса лезвийной обработки деталей опорно-поворотных устройств радиолокационных систем.

4. Разработан и апробирован на практике комплекс инновационных инженерно-технологических решений для обеспечения эффективной организации производства обработки деталей опорно-поворотных устройств радиолокационных систем.

Положения, выносимые на защиту:

1. Технико-технологические основы организации и обеспечения функционирования промышленно-инновационной системы производства деталей ОПУ систем радиолокации на основе реализации производственных процессов лезвийной обработки с применением ЧПУ.

2. Систематизация и оптимизации параметров обработки деталей из титановых сплавов опорно-поворотных устройств радиолокационных систем.

3. Алгоритм организации производства нового технологического процесса обработки деталей из титановых сплавов опорно-поворотных устройств систем радиолокации.

Практическая значимость работы.

Предложенный подход позволил разработать организацию производства кольцевых деталей ОПУ радиолокационных установок из титановых сплавов, позволяющую интенсифицировать процесс изготовления деталей и сократить номенклатуру используемого оборудования.

На основании проведённых вариантных исследований установлена связь между параметрами процесса резания и надёжностью выполнения операций.

Предложенная организация производства, позволяет совершенствовать и оптимизировать номенклатуру используемого оборудования с сокращением времени на изготовление кольцевых деталей из титановых сплавов ОПУ радиолокационных систем на предприятиях радиоэлектронной промышленности.

Полученные результаты отвечают современным требованиям перехода организации производства и технологии на инновационный путь развития.

Личный вклад соискателя.

Автором создана классификация кольцевых заготовок, лично выполнены все математические и статистические расчёты, разработана методика экспериментальных исследований. Автор лично участвовал в экспериментах, регистрировал экспериментальные данные, провел анализ проделанной работы. Им был сформулирован алгоритм оптимизации и интенсификации процессов обработки кольцевых деталей опорно-поворотных устройств радиолокационных систем. Опубликованные по теме диссертации работы выполнены автором, как в соавторстве, так и лично.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях и семинарах, в том числе: на международной конференции «Математическое моделирование в механике сплошных сред на основе методов граничных и конечных элементов» (Санкт-Петербург, 1999), Всероссийских научно-технических конференциях «Прогрессивные технологии, конструкции и системы в приборо- и машиностроении» (Москва, 1997 - 2008).

Публикации.

Основные положения диссертации опубликованы в 11 научных работах, список которых представлен в конце автореферата, написанных автором как самостоятельно, так и совместно с другими авторами.

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка использованной литературы и приложения, содержит 23 рисунка и 7 таблиц. Общий объем работы - 112 страниц основного текста, с приложением на 70 страницах и списком литературы из 83 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, дана общая характеристика производства деталей ОПУ систем радиолокации на предприятиях радиоэлектронной промышленности (РЭП). Дано обоснование выбора темы исследуемых проблем, сформулированы цели и решаемые задачи, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе «Современное состояние организации производства обработки деталей из титановых сплавов ОПУ радиолокационных систем на предприятиях РЭП» рассматривается организация производства, применяемая на предприятиях радиоэлектронной промышленности в настоящее время. Показано, что технологические решения имеют многономенклатурную базу используемых станков и инструментов. В то же время данное производство является важнейшим звеном производства деталей систем радиолокации.

В данной главе систематизированы методы обработки заготовок деталей для ОПУ систем радиолокации на предприятиях радиоэлектронной промышленности.

Существующая организация производства механической обработки имеет ряд узких звеньев в процессе получения заготовок, при этом вопросы повышения производительности этих операций являются наиболее актуальными. В настоящее время на предприятиях РЭП малоисследованны процессы расчёта параметров резания при обработке деталей из титановых сплавов для ОПУ радиолокационных систем.

В заключении главы сделан вывод что такое положение в организации производства деталей ОПУ систем радиолокации вызывает необходимость проведения исследований. Данные исследования позволят найти новые методы и технологические решения для интенсификации организации производства деталей ОПУ радиолокационных систем.

Во второй главе «Исследование организации производства кольцевых деталей ОПУ на предприятиях РЭП» для решения поставленных задач изучены и классифицированы заготовки кольцевых деталей из титановых сплавов, использующиеся для ОПУ радиолокационных систем, применяемые в настоящее время на предприятиях радиоэлектронной промышленности. В качестве основы для классификации были определены параметры: размерная группа, метод изготовления, материал заготовок. На рис. 2. представлена классификация заготовок с круглой формой сечения, разработанная в соответствии с РТМ 105-0-122-79.

На рис. 3. представлены диаграммы распределения кольцевых деталей ОПУ радиолокационных систем по геометрическим параметрам.

Подгруппа

Группа (Круглая форма сечения в плоскости разъема)

без выступа

с односторонним выступом

: двусторонним выступом

Только с

центральным

и

углублениями

углублениями центральным ии

кольцевыми

Без

углублений

кольцеобразн

ыхи

центральных

Только с

кольцевыми

углублениями

200

210

220

201

211

202

212

213

221

222

223

Одна из характеристик подгрупп 0-3 при наличии выступов или углублений

204

214

224

1

Без

углублений кольцеобразн ых и

центральных

Только с

кольцевыми

углублениями

Только с

центральным

и

углублениями

углублениями центральным и и

кольцевыми

205

215

206

216

207

208

218

225

226

227

228

Одна из характеристик подгрупп 5-8 при наличии не осевых выступов или углублений_

209

219

229

/^7 1 т

Щ

Рис. 2. Классификация кольцевых заготовок опорно-поворотных устройств радиолокационных систем

45Г 40-" 35 ' 30 ' 25 ' '20" 15 ' 10 ' 5 ' 0-

ЗШ

630

1250 2500 О, мм

3000

¿ш

160 Б, мм

Рис. 3. Распределение деталей ОПУ радиолокационных систем

Так же в этой главе рассмотрены вопросы качества поверхностного слоя заготовок для деталей ОПУ и характер дефектов колец в зависимости от метода их изготовления и типоразмера детали, влияния качества поверхностного слоя на трудоёмкость процессов обработки. Отражена специфика свойств титановых сплавов, применяемых для заготовок кольцевых деталей ОПУ радиолокационных систем.

При изучении организации существующего производства выявлена проблема обеспечения стабильности предварительной обработки заготовок деталей ОПУ радиолокационных систем из титановых сплавов. Время, затрачиваемое на черновую обработку, при существующей организации производства, составляет около 50 % от времени полного цикла механической обработки деталей ОПУ радиолокационных систем. Однако этот процесс занимает в среднем 10-12% общей трудоемкости изготовления деталей ОПУ радиолокационных систем.

В связи с большим объёмом обработки, вопрос повышения надежности режущего инструмента требует системного подхода, который включает анализ основных факторов, влияющих на надежность работы инструмента, в том числе технологические особенности выполняемой операции, химический состав и структуру заготовок, величину, характер и физико-механические свойства срезаемого припуска, способы обработки и другие условия, что требует изменения общего подхода к организации производства деталей ОПУ радиолокационных систем на предприятиях радиоэлектронной промышленности.

На основании проведенных исследований было определено, что применение расчетного метода позволит повысить надежность операций механической обработки и рассчитать оптимальные режимы резания. Данные для расчета должны быть получены в ходе экспериментов.

Поэтому для решения поставленных задач были проведены экспериментальные исследования.

В третьей главе «Экспериментальные исследования организации производства обработки деталей ОПУ из титановых сплавов» представлены экспериментальные данные, на основании которых выявлены причины выхода из строя обрабатывающего инструмента при осуществлении черновой обработки деталей ОПУ радиолокационных систем и определены применяемые на производстве инструменты для обработки внутренних поверхностей выбранного класса заготовок.

Работы проводились на экспериментальной установке (рис.4.) предназначенной для исследования процессов обработки крупных заготовок типа колец, дисков, шайб, обечаек методами фрезерования поверхностей вращения. Объектом исследования служила организация процесса обработки деталей из титановых сплавов для ОПУ радиолокационных систем.

Рис. 4. Экспериментальная установка.

Для обработки полученных данных применялись методы математической статистики, в том числе метод Вейбулла-Гнеденко. Оценка числа дублирований опытов проводилась по формуле:

\ ' ---- / л? «-"» У /л \

и =-^-где (1)

1р - задаваемое вероятностью р максимально допустимое отклонение среднего значения от истинного;

¡р{т-1) - значения коэффициента Стьюдента для вероятности р при числе повторений т;

т - предварительное число дублирований опытов;

- ошибка результатов исследований в виде среднего квадратичного отклонении:

х, - значение исследуемого параметра в .¡ом опыте; х - среднее арифметическое значение исследуемого параметра при предварительном дублировании;

Число дублирований принималось достаточным, когда ш становилось равной или больше п. Результаты исследований подвергались статистическому анализу.

Для изучения возможности интенсификации организации производства обработки кольцевых деталей из титановых сплавов ОПУ радиолокационных систем были проведены эксперименты по определению закона распределения отказов режущего инструмента и его параметров при фрезеровании внутренних поверхностей крупных кольцевых заготовок, с предварительно снятой коркой, длиннокромочными фрезами в зависимости от режимов резания. Кинематическая схема обработки приведена на рис. 5.

(2)

Пфр>

Рис. 5. Кинематическая схема резания

Эксперимент выполнялся в соответствии с планом и состоял из 8 серий, каждая из которых включала в себя 20 параллельных опытов для компенсации влияния случайных погрешностей. При проведении очередной серии экспериментов в соответствии с выбранным планом эксперимента производилось изменение режимов резания.

Во всех экспериментах режущие пластины участвовали один раз. Все режущие пластины подвергались контролю по геометрическим параметрам. В результате контроля формировалась партия режущих пластин с близкими параметрами в пределах допусков на размеры, без микровыкрашивания, следов износа, зазубрин и т.д.

В результате проведённых экспериментов установлены закономерности выбора лезвийного инструмента при обработке кольцевых заготовок из титановых сплавов для опорно-поворотных устройств радиолокационных систем, определена связь между параметрами режимов резания и стойкостью инструмента, выявлены причины выхода из строя обрабатывающего инструмента при осуществлении черновой обработки кольцевых деталей опорно-поворотных устройств радиолокационных систем, определены инструменты, применение которых необходимо для интенсификации производственного процесса.

На рис. 6 представлена диаграмма причин выхода из строя обрабатывающего инструмента.

Рис. 6. Доли отказов режущего инструмента На рис. 7. Представлена гистограмма стойкости режущего инструмента

: К(Зпот(Т,М,5) 0 ^ 1«Г

Рис. 7. Гистограмма и выровненная кривая распределения стойкости режущего

инструмента

Для прогнозирования безотказной работы инструмента производились расчёты параметров закона распределения:

• плотность вероятности распределения Вейбула-Гнеденко р(Т) имеет вид

Л

р(Т) = е~ Р

Т - стойкость инструмента (мин);

• вероятность безотказной работы Р(Т)

Г

,где

р(т) = е е

»

• интенсивность отказов Я(Т)

• время работы с гарантированной стойкостью Т (Р=0,9)

Г

0,9 = е р

(3)

(4)

(5)

Параметры закона распрееления у и р оцениваются по формулам:

0! и б2 - границы разбиения;

1п

.1-К4).

Были получены параметры закона распределения Вейбулла-Гнеденко и гарантированная стойкость при (Р=0,9), на основании которых были построены графики вероятности безотказной работы фрезы рис. 8.

0.25 0,2 ^ 0,15 0,1 0,05 0

0 2 4 6 8 10 12 14

Т, (Лин

Рис. 8. Графики вероятности безотказной работы режущего инструмента

В четвертой главе «Разработка комплекса инженерно-технологических решений для создания эффективной организации производства обработки деталей ОПУ радиолокационных систем» предложен алгоритм организации

производства деталей ОПУ радиолокационных систем, применение которого обеспечивает интенсификацию технологических процессов обработки, рис. 9.

Рис. 9. Алгоритм организации производства деталей ОПУ радиолокационных

систем

Одной из ключевых особенностей предлагаемой организации производства является переход на полуавтоматический цикл обработки. Этот переход стал возможен благодаря стабилизации режимов резания, на основе экспериментальных данных, представленных в главе 3.

В таб. 1. Представлен комплекс инженерно-технологических решений и дан сравнительный анализ существующей и предлагаемой организации производства. Он показывает ускорение производственного процесса почти в 2 раза.

Таблица 1

Комплекс инженерно-технологических решений и сравнительный анализ организации производства

Существующая технология

Операции Подрезать торцы,точить расточить, отрезать заготовку, притупить острые кромки Подрезать торцы,точить расточить, отрезать заготовил', притупить острые кромки Подрезать торец флднца, точить, точить фаску, расточить, подрезать торец профильной части точить торцевую канавку Сверлить по кондуктору, рассверлить и зенкеровать, нарезать резьбу Сверлить по разметке с поворотом стола, сверлить по кондуктору с поворотом стола. зенкеровать, нарезать резьбч' Зачистить заусенцы, прорубить и запилить риску

Оборудование Карусельный станок 1525 Карусельный станок 1525 Карусельный станок 1525 Радиально-сверл ильный станок 2М-58 Горизонтально расточной станок 2Е656Р Слесарный стол

Время обработки, ч 62,6 34,87 42,2 , 18,55 12,3 12,81

Итого, ч 183,33

Предлагаемая технология

Операции Фрезеровать ториы. фрезеровать отверстие, отрезать заготовку, притупить острые кромки Вырезать кольцо, фрезеровать паз, точить торцевую канавку, фрезеровать торцы фрезеровать усту п притупить острые кромки Подрезать торец фланца, точить, точить фаску. расточить, подрезать торец профильной части точить торцевую канав к\' Сверлить по кондуктору, рассверлить и зенкеровать, нарезать резьбу Сверлить по разметке с поворотом стола, сверлить по кондуктору с поворотом стола, зенкеровать, нарезать резьбу Зачистить заусенцы, прорубить и запилить риску

Оборудование Токарно-карусельный станок УМ62 Токарно-карусельный станок УМС2 Токарно-карусельный станок УМС2 Токари о-карусельиый станок УМв2 Токарно-карусельный станок \ZMG2 Токарно-карусельный станок УМ02

Время обработки, ч 4,73 и 42,2 18,55 12,3 12,81

Итого, ч. 91,69

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана классификация заготовок кольцевых деталей из титановых сплавов, использующихся для изготовления опорно-поворотных устройств радиолокационных систем на предприятиях радиоэлектронной промышленности.

2. Определено и показано, что одним из основных условий интенсификации организации производства деталей опорно-поворотных устройств радиолокационных систем на предприятиях радиоэлектронной

промышленности являются: технические средства; применяемая инструментальная база; параметры режимов резания выбранного класса заготовок.

3. Установлена связь между параметрами режимов резания, его стойкостью и надёжностью инструмента, выявлены причины выхода из строя обрабатывающего инструмента при осуществлении черновой обработки.

4. Установлена и обоснована возможность применения автоматизированного оборудования с ЧПУ для обработки деталей опорно-поворотных устройств радиолокационных систем на предприятиях радиоэлектронной промышленности, которая сокращает время обработки в два раза.

5. По результатам выполненной работы предложен алгоритм организации производства деталей опорно-поворотных устройств радиолокационных систем на предприятиях радиоэлектронной промышленности.

6. Результаты работы апробированы и подтверждены на ряде предприятий радиоэлектронной промышленности Калужской области.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Садковский Б.П., Садковская Н.Е., Малышев A.B., Гаценко В.П. Влияние технологических факторов на стойкость режущего инструмента при лезвийной обработке для крупных кольцевых заготовок предприятий радиоэлектронной промышленности// Наукоемкие технологии. - 2009. - Т. 3, № 4. - С. 29 - 34.

2. Травин В.В., Малышев A.B., Кулибаба В.В. Многовариантные расчёты прочностной надёжности оптимальных композитных перекрытий промышленных предприятий // Математическое моделирование сложных систем: Труды МГТУ: № 572. - М: Изд-во МГТУ, 1998. - С. 75 - 79.

3. Малышев A.B., Кулибаба В.В. Разработка математических моделей и методов численного исследования взаимосвязанных колебаний роторов турбомашин // Математическое моделирование сложных систем: Труды МГТУ: № 572. - М: Изд-во МГТУ, 1998. - С. 80 - 87.

4. Малышев A.B., Кулибаба B.B. Математическое обеспечение надёжности приборных отсеков внедряемых исследовательских зондов // Тез. докл. межд. конф. «Приборостроение-98». - Винница-Симферополь, 1998. - С. 155.

5. Зуев Е.С., Кулибаба В.В., Малышев A.B. Разработка математических моделей и методов численного анализа колебаний и прочности машиностроительных конструкций // Математическое моделирование сложных систем: Труды МГТУ: № 574. - М: Изд-во МГТУ, 1999. - С. 30 - 36.

6. Кулибаба В.В., Зуев Е.С., Малышев A.B. Математические конечноэлементные модели расчёта колебаний и прочности деталей турбомашиностроительных и аэрокосмических конструкций // Тез. докл. XVII международной конференции «Математическое моделирование в механике сплошных сред на основе методов граничных и конечных элементов». - Санкт-Петербург, 1999. - С. 97 - 98.

7. Созинов А.И., Малышев A.B. Фрезы для черновой обработки крупных кольцевых заготовок на станках с ЧПУ // Прогрессивные технологии, конструкции и системы в приборо- и машиностроении. - М: Изд-во МГТУ, 2003.-С. 19-20.

8. Зенкин Н.В., Попов Д.В., Малышев A.B., Созинов А.И. Разработка высокопроизводительных методов комбинированной размерной обработки кольцевых заготовок из труднообрабатываемых сплавов // Обнинский центр науки и технологий, Обнинск, 2003. - 93 с. - Деп. В ВНТИЦ 01.2.006 10487.

9. Созинов А.И., Малышев A.B., Калмыков В.В. Повышение надёжности инструментального оснащения современного технологического оборудования заготовительного производства // Прогрессивные технологии, конструкции и системы в приборо- и машиностроении. - М: Изд-во МГТУ, 2004. - С. 11 - 15.

Ю.Малышев A.B. Основы построения типовых технологических процессов обработки поверхностей вращения заготовок сложной формы на многоцелевых станках // М: Изд-во МГТУ, 2004. - 19с.

11.Созинов А.И., Малышев A.B., Шайкин П.В. Надёжность режущего инструмента при обработке титановых заготовок на автоматизированном оборудовании // Прогрессивные технологии, конструкции и системы в приборо-и машиностроении. - М: Изд-во МГТУ, 2006. - С. 35 - 36.

Подписано в печать Формат 60x84 1/16

Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л.1. Усл. кр. - отт. 3,72. Уч. - изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет)» 119454, Москва, пр. Вернадского, 78

Содержание.

Введение.-.

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ОПУ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМ НА

ПРЕДПРИЯТИЯХ РЭП.

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА КОЛЬЦЕВЫХ ДЕТАЛЕЙ ОПУ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ РЭП.

2.1. Качество поверхностного слоя заготовок для деталей опорно-поворотных устройств.

2.2. Исследование методов черновой обработки кольцевых деталей опорно-поворотных устройств при существующей организации производства.

2.3. Исследование операций обработки внутренних поверхностей кольцевых заготовок опорно-поворотных устройств радиолокационных систем на параметр надёжности.

2.3.1. Исследование операций лезвийной обработки внутренних поверхностей кольцевых заготовок.

2.3.2. Анализ надёжности металлообрабатывающего оборудования.

2.3.3. Надёжность приспособления для закрепления деталей опорно-поворотных устройств.

2.3.4. Анализ надёжности режущего инструмента для обработки деталей опорно-поворотных устройств.

2.4. Диагностика хода выполнения технологического процесса.

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ОПУ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ.

3.1. Особенности проведения экспериментальных исследований.

3.2. Проведение экспериментальных исследований.

3.2. Результаты исследований.

Глава 4. РАБОТКА КОМПЛЕКСА ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ОПУ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМ.

4.1. Выбор конструкций инструмента, применяемого для новой организации производства деталей опорно-поворотных устройств.

4.2. Выбор оптимальных режимов резания с учётом показателей надёжности при новой организации производства обработки деталей опорно-поворотных устройств радиолокационных систем.

4.3. Выбор металлорежущего оборудования для новой организации производства обработки деталей из титановых сплавов опорно-поворотных устройств радиолокационных систем.

4.4. Создание алгоритма организации производства деталей опорно-поворотных устройств радиолокационных систем.

Современные автоматически действующие радиолокационные системы применяются в различных отраслях народного хозяйства. Главные достоинства радиолокационных систем определяются следующими критериями: скоростью и точностью получения информации, надёжностью работы технологических блоков системы, мобильностью, полной автоматизацией работы системы на основе применения современной цифровой и вычислительной техники, технической простотой применяемых конструктивных решений и т.д.

Опыт предприятий радиоэлектронной промышленности, работающих над созданием радиолокационных систем и обзор литературных источников выделяет одну из задач, подлежащих решению -производство опорно-поворотных устройств (ОПУ), являющихся одним из важнейших конструктивных элементов радиолокационных установок различных типов.

Основной трудностью при производстве ОПУ радиолокационных систем является изготовление поворотной платформы и фланцев разных типоразмеров, являющихся кольцевыми деталями из титановых сплавов. Изготовление таких деталей сопряжено с низкой производительностью процесса обработки.

Для решения этой проблемы необходимо применение оборудования позволяющего использовать оптимальные кинематические схемы обработки для эффективного процесса организации производства.

Технико-экономические показатели работы предприятий радиоэлектронной промышленности в значительной мере зависят от эффективности работы технологического оборудования, надёжности всех элементов технологической системы и в целом организации производства.

Практика организации производства показывает, что инструмент является наименее надежным элементом производственного процесса. Рассеивание стойкости инструмента, непредвиденные отказы приводят к снижению производительности труда, возникновению брака, повышенному расходу режущего инструмента, снижению стабильности процесса обработки.

Актуальным вопросом внедрения инноваций при создании ОПУ является организация производства деталей из труднообрабатываемых материалов с применением современных методов организации производства. Это связано с возможностью резкого сокращения длительности и трудоемкости обработки кольцевых деталей для ОПУ. При новой системе организации производства необходимо учитывать поставленные в данной'работе задачи.

В промышленных условиях черновая обработка предусматривает удаление избыточных припусков, технологических смазок, защитных покрытий с поверхности заготовки. Объём обработки, определяемый величиной срезаемого припуска зависит от технологии производства полуфабрикатов (литьё, ковка, раскатка) а так же от состояния существующего оборудования. Для кольцевых заготовок" (диаметр 700 -3000 мм), полученных ковкой, величина срезаемого припуска может составлять 30 - 60 мм. Срезаемый припуск включает в себя отклонения формы (огранка и овальность), а так же дефекты структуры металла в виде глубоких трещин, раковин, неметаллических включений [64]. Традиционно кольцевые заготовки обрабатывают на токарно-карусельных станках, которые обладают низкой производительностью вследствие малой мощности и жёсткости существующего оборудования. Повышение производительности обработки существующими методами практически не возможно, так как в работе могут находиться I - 2 резца, а из-за дисбаланса заготовки невозможно увеличение скорости резания [36, 59]. В процессе обработки получается практически не транспортабельная стружка, которая не поддаётся механической уборке из зоны резания, а так же необходима частая смена режущего инструмента вследствие его повышенного износа. Всё это не позволяет осуществлять процесс резания в автоматическом режиме.

Для решения этого вопроса в радиоэлектронной промышленности необходимо применение оборудования позволяющего использовать оптимальные кинематические схемы обработки и применять максимальные режимы резания (предельные значения толщины среза и скорости резания) [83].

Обзор литературных источников [24. 28, 39J в сопоставлении с опытом предприятий, работающих над данной проблемой, позволил выделить обработку (черновую) внутренних и наружных поверхностей кольцевых заготовок фрезами, как наиболее эффективный метод по критерию производительности.

Технико-экономические результаты работы предприятий радиоэлектронной промышленности помимо метода обработки в значительной мере зависят от эффективности работы технологического оборудования, надёжности всех элементов технологической системы и организации производства в целом [44]. Практика эксплуатации режущих систем показывает, что инструмент является наименее надёжным элементом. Рассеиванйе стойкости инструмента, непредвиденные отказы приводят к снижению производительности труда, возникновению брака, повышенному расходу режущего инструмента, снижению стабильности процесса механической обработки [1, 82].

В связи с необходимостью сокращения простоев технологического оборудования, расхода режущего инструмента, брака основного производства, повышения оперативности при освоении новых образцов техники и, как следствие, улучшение экономических показателей организации производства, особое значение приобретает обеспечение надежности работы режущего инструмента. Для этого необходимо развить новые подходы к оценке его работоспособности на базе [26, 77J теории резания металлов и разрушения инструмента с учетом случайной природы протекания этих процессов. Это относиться к физическим основам наступления предельного состояния режущей кромки, взаимосвязи скорости изнашивания рабочих элементов инструмента с параметрами режима резания, к оценке и обоснованию законов распределения наработки и величин износа.

Производительность обработки резанием труднообрабатываемых материалов (титановых, жаропрочных, тугоплавких сплавов и пр.) ограничивается недостаточной прочностью и износостойкостью режущего инструмента [28]. Вместе с тем развитие химии, энергетики, атомной и космической техники приводит к появлению новых еще более труднообрабатываемых материалов.

В современных условиях важнейшими показателями качества инструмента являются показатели его стойкости и надежности [79].

Актуальность решения вопроса организации производства на предприятиях радиоэлектронной промышленности, при черновой обработке заготовок из труднообрабатываемых материалов, на основе использования современных методов теории надежности связана, с одной стороны с возможность резкого сокращения длительности и трудоемкости стойкостных испытаний, а с другой стороны с отсутствием в настоящее время эффективных средств активного контроля режущего инструмента. Контроль состояния режущего инструмента затруднен даже после вывода его из зоны резания, вследствие налипания стружки на поверхность режущего инструмента.

Цели и задачи исследования.

Целью данной работы является организация производства на предприятиях радиоэлектронной промышленности деталей опорно-поворотных устройств радиолокационных систем из титановых сплавов на обрабатывающих центрах с полным циклом механической обработки.

Для достижения указанной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

- изучить и классифицировать заготовки кольцевых деталей из титановых сплавов, использующихся для изготовления опорно-поворотных устройств радиолокационных систем на предприятиях радиоэлектронной промышленности;

- исследовать процесс обработки, подобрать методики и технические средства, для улучшения организации процессов производства с условием интенсификации обработки выбранного класса деталей опорно-поворотных устройств радиолокационных систем;

- выявить причины выхода из строя обрабатывающего инструмента при осуществлении черновой обработки кольцевых деталей опорно-поворотных устройств радиолокационных систем;

- по результатам проведённых экспериментов предложить новый алгоритм процесса обработки кольцевых деталей из титановых сплавов на предприятиях радиоэлектронной промышленности;

- разработать промышленно-инновационную систему организации производства опорно-поворотных устройств радиолокационных систем с обеспечением показателей эксплуатационной надёжности и сокращением времени обработки.

Объект исследования.

Объектом исследования служила организация производства деталей опорно-поворотных устройств из титановых сплавов на предприятиях радиоэлектронной промышленности г. Калуги.

Предмет исследования.

Предметом исследования являлась опытно-промышленная установка позволяющая осуществлять новый процесс обработки в соответствии с предлагаемой организацией производства деталей опорно-поворотных устройств радиолокационных систем с апробацией на предприятиях радиоэлектронной промышленности г. Калуги.

Методы исследования.

Для решения поставленных задач были использованы: экспериментальные методы, методы вариантных испытаний, расчётные методы, методы математического моделирования и системного анализа, метод математической статистики.

Научная новизна.

Новизна работы заключается в том, что:

1. Установлены закономерности выбора лезвийного инструмента при обработке заготовок из титановых сплавов для опорно-поворотных устройств радиолокационных систем.

2. Определена связь между параметрами режимов резания и стойкостью инструмента при обработке деталей опорно-поворотных устройств радиолокационных систем.

3. Установлено, что при применении новой организации производства с использованием полученных расчётных и экспериментальных данных, происходит существенная интенсификация процесса лезвийной обработки деталей опорпо-поворогных устройств радиолокационных систем.

4. Разработан и апробирован на практике комплекс инновационных инженерно-технологических решений для обеспечения эффективной организации производства обработки деталей опорно-поворотных устройств радиолокационных систем.

Практическая значимость работы.

Предложенный подход позволил разработать организацию производства кольцевых детален ОПУ радиолокационных установок из титановых сплавов, позволяющую интенсифицировать процесс изготовления деталей и сократить номенклатуру используемого оборудования.

На основании проведённых вариантных исследований установлена связь между параметрами процесса резания и надёжностью выполнения операций.

Предложенная организация производства, позволяет совершенствовать и оптимизировать номенклатуру используемого оборудования с сокращением времени на изготовление кольцевых детален из титановых сплавов ОПУ радиолокационных систем на предприятиях радиоэлектронной промышленности.

Полученные результаты отвечают современным требованиям перехода организации производства и технологии на инновационный путь развития.

Личный вклад соискателя.

Автором создана классификация кольцевых заготовок, лично выполнены все математические и статистические расчёты, разработана методика экспериментальных исследований. Автор лично участвовал в экспериментах, регистрировал экспериментальные данные, провел анализ проделанной работы. Им был сформулирован алгоритм оптимизации и интенсификации процессов обработки кольцевых деталей опорно-поворотных устройств радиолокационных систем. Опубликованные по теме диссертации работы выполнены автором, как в соавторстве, так и лично.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях и семинарах, в том числе: на международной конференции «Математическое моделирование в механике сплошных сред на основе методов граничных и конечных элементов» (Санкт-Петербург, 1999), Всероссийских научно-технических конференциях «Прогрессивные технологии, конструкции и системы в приборо- и машиностроении» (Москва, 1997 - 2008).

Публикации.

Основные положения диссертации опубликованы в 11 научных работах, список которых представлен в конце автореферата, написанных автором как самостоятельно, так и совместно с другими авторами.

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка использованной литературы и приложения, содержит 23 рисунка и 7 таблиц. Общий объем работы - 112 страниц основного текста, с приложением на 70 страницах и списком литературы из 83 наименований.

6. Результаты работы апробированы и подтверждены на ряде предприятий радиоэлектронной промышленности Калужской области.

1. Аваков А.А. Физические основы теории стойкости режущих инструментов. - М.: Машгиз, 1960. - 308 с

2. Ардисламов В.К. Исследование методов оценки надёжности быстрорежущего инструмента осевого типа.: Дне. канд. техн. наук. — М., 1988.-256 с.

3. Башков В.М., Кацев П.Г. Испытания режущего инмтрумента на стойкость. М.: Машиностроение, 1985. - 136 с.

4. Беспахотный П.Д., Жучков Н.С. и др. Повышение эффективности обработки резанием заготовок из титановых сплавов М.: Машиностроение. 1989. - 152 с; ил.

5. Бетанелли А.И. Хрупкая прочность режущей части инструмента. Тбилиси.: Издательство Грузинского политехнического института, 1969. — 319с.

6. Бетанелли А.И. Прочность и надёжность режущего инструмента. -Тбилиси: Сабчота Сакартвело, 1973, 302с,7. .Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975.- 344 с.

7. Великанов К.М., Власов В.Ф., Карандашова К.С. Экономика и организация производства в дипломных проектах: Учебное пособие для ВУЗов. 3-е изд. Перераб. - JL: Машиностроение, 1986. - 192с.

8. Волков С.И., Лобачёв Ю.В., Перевозов Е.С. Радиолокационные системы управления воздушным движением: Учебное пособие. Часть 3 / ГОУВПО МИРЭА М., 2008. - 128 с.

9. Волков С.И., Лобачёв Ю.В., Перевозов Е.С. Радиолокационные системы управления воздушным движением: Учебное пособие. Часть 4 / ГОУВПО МИРЭА М„ 2008. - 116 с.

10. Гостев Г.В., Колюнов В.А., Гусев Е.В. Исследование закономерностей рассеивания стойкости торцевых и концевых фрез // Физико-химические процессы резания материалов: Межвузовский сборник. Чебоксары. 1986.-е. 75-77.

11. Герцбах И.Б., Кордонский Х.Б. Модели отказов. -М.: Советское радио, 1956,- 165с.

12. Глазунов С.Г., Моисеев В.Н. Конструкционные титановые сплавы. -М.: Металлургия, 1974. -367с.П.Гнеденко Б.В. Обеспечение качества, надёжности и долговечности массовой продукции и статистические методы исследования // Стандартизация, № 5, 1965.

13. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьёв А.Д. Математические методы в теории надёжности. — М.: Наука, 1965.

14. Грановский Г.И. Износостойкость твёрдых сплавов и закалённых инструментальных материалов // Трение и износ при резании металлов, -М.: Машгиз, 1955, с. 14-31.

15. Гурин В.Д. Повышение надёжности фрезерования сталей за счёт диагностирования состояния инструмента по силовым диагностическим признакам.: Дис. канд. техн. наук. М., 2004. - 170 с.

16. Денисенко А.В, Исследование скорости износа режущих инструментов. Автореф. дисс. кацд. техн. наук. - Горький, 1975, 22с.

17. Дудник П.И. Авиационные радиолокационные устройства. М.:ВВИА, 1976.

18. Зенкин Н.В. Высоко производительная обработка внутренних поверхностей крупных кольцевых заготовок двухкромочным фрезерованием: Дисс. . канд. техн. наук. Калуга, 2002. - 157 с.

19. Иванов Ю.В. Исследование и разработка процесса фрезерования поверхностей вращения из титановых сплавов.: Дис. . канд. техн. наук. -М., 1993.-280 с.

20. Ивченко Т.Г. Исследование надёжности и оценка качества сборных резцов и фрез.: Дис. . канд. техн. наук. Краматорск., 1982. - 150 с.

21. Исаев Л.И. Процесс образования поверхностного слоя при обработке металлов резанием. М.: Машгиз, 1950, - 120 с.ЗККацев П.Г. Статистические методы исследования режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1974. - 231 с.

22. Кибальниченко А.В. Контроль состояния режущего инструмента. М.: ВНИИТЭМР - 1986, - 44 с.

23. Козочкин М.П. Диагностика режущего инструмента на станках с ЧПУ по акустическому сигналу: Метод. Рекомендации М.: ЭНИМЕ, 1984, - 44 с.

24. Костецкий Б.И. Стойкость режущих инструментов. М.: Машгиз, 1949, - 252 с.

25. Кривоухов В.А. Деформирование поверхностных слоев металла в процессе резания. М.: Машгиз, 1945, - 89 с.

26. Кривоухов В.А., Чубаров А.Д. Обработка резанием титановых сплавов. -М.: Машиностроение, 1970.- 180с.

27. Кузнецов А.А., Дубровский В.Н., Уланов А.С. Эксплуатация средств управления воздушным движением // Справочник. — М.: Транспорт, 1983.

28. Ларип М.Н. Основы фрезерования. М.: Машгиз, 1947, - 302 с.

29. Ларин М.Н. Определение скоростной зависимости при фрезеровании по аналогичной зависимости при точении. — М.: 1966, 16с.

30. Лобачёв Ю.В., Перевозов Е.С. Теоретические основы и принципы построения радиолокационных систем управления воздушным движением. Тамбов: ТВАИИ, 2004. - 174с.

31. Лоладзе Т.Н., Ткемаладзе Г.Н., Точиев Ф.Г. Определение напряжений в режущей части инструмента при переходных процессах // Надёжность режущего инструмента, Вып. №2: Киев, 1975.,

32. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. -М.: Машиностроение, 1982, 320с.-44.Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. М.: Машиностроение, 1976,-278 с.

33. Макаров А.Д. Износ и стойкость режущих инструментов. М.: Машиностроение, 1966, - 264 с.

34. Малышев А.В. Основы построения типовых технологических процессов обработки поверхностей вращения заготовок сложной формы на многоцелевых станках // М: Изд-во МГТУ, 2004. 19с.

35. Малышев А.В., Кулибаба В.В. Разработка математических моделей и методов численного исследования взаимосвязанных колебаний роторов турбомашин // Математическое моделирование сложных систем: Труды МГТУ: № 572. М: Изд-во МГТУ, 1998. - С. 80 - 87.

36. Малышев А.В., Кулибаба В.В. Математическое обеспечение надёжности приборных отсеков внедряемых исследовательских зондов // Тез. докл. межд. конф. «Приборостроение-98». Винница-Симферополь, 1998.-С. 155.

37. Механическая обработка слитков кованых и катаных прутков из титановых сплавов: РТМ 1322/НИАТ. -М„ 1972. - 67 с.

38. Механическая обработка заготовок дисков из титановых сплавов: РТМ . - 1.4070-76/НИАТ. -М., 1977. - 33 с.

39. Налимов В.В. Теория эксперимента. — М.: Наука, 1971. -207 с.

40. Ножи с механическим креплением неперетачиваемых пластин к торцевым фрезам для обработки титановых сплавов: РТМ 1.4.071-76/НИАТ. - М., 1976. - 44 с.

41. Палей С.М. Диагностика режущего инструмента на станках с ЧПУ:-Учебное пособие. М.: Международная книга, 1998. 72 с.

42. Перевезенцев Л.Т., Зеленков А.В., Огарков В.Н. Радиолокационные системы аэропортов. М.: Транспорт, 1991.

43. Подураев В.Н., Барзов А.А., Горелов В.А. Технологическая диагностика резания методом акустической эмиссии. М.: Машиностроение, 1988. - 56 с.

44. Попов Д.В. Исследование и разработка процесса фрезерования внутренних поверхностей кольцевых заготовок из титановых сплавов.: Дис. кад. техн. наук. М., 2001. - 199 с.

45. Полетика М.Ф. Контактные нагрузки на режущих поверхностях инструмента. — М.: Машиностроение, 1969, 150с.

46. Пушных В.А. Исследование адгезионного износа твердосплавных инструментов при обработке титановых сплавов.: Дне. кад. техн. наук. -Томск, 1979. 135 с.

47. Розенберг A.M. и др. Резание материалов и инструмент. М.: Машиностроение, 1964, 226с.

48. Рыжкин А.А., Слюсарь Б.Н., Шучев К.Г. Основы теории надёжности: Учеб. пособие. — Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2002, 182с.

49. Синопальников В.А., Григорьев С.Н. Надёжность и диагностика технологических систем. Учебник. М.: ИЦ МГТУ Станкин, Янус-К, 2003, 331с.

50. Синопалышков В.А., Терешин М.В., Тимирязев В.А. Диагностирование инструмента // Станки и инструмент. 1986, №1, с. 27-29.

51. Созинов А.И. Влияние способов получения заготовок на качество поверхности и структуру припуска при черновой обработке титановых сплавов / МВТУ (Калужский филиал)., деп. в ВНИИТЭМР 1989, № 8 -Калуга, 1989. - 104с.

52. Созинов А.И. Теоретические основы повышения эффективности черновой обработки резанием заготовок из титановых сплавов.: Дис. докт. техн. наук. М., 1994. - 458 с.

53. Созинов А.И., Иванов Ю.В., Строшков А.Н. Фрезерный модуль для черновой обработки поверхностей вращения. Информационный лист№ 263-88 Калужский М.Т.Ц. 1988 г.

54. Созинов А.И., Иванов Ю.В., Строшков А.Н. Фрезерование заготовок из труднообрабатываемых сплавов // Станки и инструмент, 1991, № 2, с. 15-17.

55. Созинов А.И. Строшков А.Н. Повышение эффективности черновой обработки заготовок из титановых сплавов. М. Металлургия 1990., 206с.

56. Старков В.К. Технологические методы повышения надёжности обработки на станках с ЧПУ. М.: Машиностроение, 1984. - 120с.

57. Старков В.К. Управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве. М.: Машиностроение, 1989. — 296с.

58. Технические системы и средства, создаваемые для единой системы организации воздушного движения России. Каталог. М., 1998.

59. Травин В.В., Малышев А.В., Кулибаба В.В. Многовариантные расчёты прочностной надёжности оптимальных композитных перекрытий промышленных предприятий // Математическое моделирование сложных- систем: Труды МГТУ: № 572. М: Изд-во МГТУ, 1998. - С. 75 - 79.

60. Кривоухов В.А., Чубаров А.Д. Обработка резанием титановых сплавов. М.: Машиностроение, 1970. 180с.

61. Хает Г.Л. Надёжность режущего инструмента // Надёжность режущего инструмента, Киев.: УкрНИИНТИ, 1968, - 31с.

62. Хает Г.Л. Качество и надёжность режущих инструментов // Надёжность режущего инструмента. Сб. статей. Киев Донецк: Виша школа, 1975, Вып. 2, с. 75-77.

63. Хает Г.Л. Прочность режущего инструмента. М.: Машиностроение,1975.- 168с.

64. Шор Я.Б. Статистические методы анализа и контроля качества и надёжности. М.: Советское радио, 1962.

65. Эстерзон М.А. Обеспечение технологической надёжности обработки деталей в ГПС. -М.: ЭНИМС, 1988, 60с.

66. Этин А.О. Кинематический анализ методов обработки металлов резанием. -М.: Машиностроение, 1964. 324с.